920-FR Technical review

920-FR Technical review
29/06/04
14:49
R E V U E
Page 1
T E C H N I Q U E
N E X A N S
J U I N
2 0 0 4
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 2
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
Table des Matières
Bienvenue dans l’édition de juin de la revue Technique de Nexans
Dans ce numéro nous développerons les sujets suivants :
1. SEGMENT PÉTROLE ET GAZ
Le câble ombilical : un élément important d’un système de contrôle
1.1 Qu’est-ce qu’un câble ombilical (ou ombilic) ? ............................................ 3
1.2 Constitution d’un ombilic ............................................................................... 3
1.3 Conception d’un ombilic ................................................................................ 4
1.4 La Norvège : pays des ombilics pour Nexans .............................................. 4
2. LA DIRECTIVE EUROPÉENNE SUR LE RECYCLAGE DES CÂBLES
Les activités de recyclage des câbles de RIPS, société du groupe Nexans
2.1 Câbles et recyclage......................................................................................... 5
2.2 Le procédé de recyclage................................................................................. 5
2.3 Valorisation des granulés plastiques............................................................. 6
3. TRANSMISSION DE DONNÉES
La Fibre Optique Plastique (FOP), une recherche pour les télécommunications
de demain
3.1 Qu’est-ce que la FOP ? .................................................................................. 7
3.2 Quel est le marché pour la FOP ? .................................................................. 7
3.3 Pourquoi Nexans est-il concerné par la FOP ? ............................................. 7
4. CONNECTIVITÉ DES CÂBLES HAUTE-TENSION
Le raccordement de type sec d’un disjoncteur isolé au gaz (GIS) : une nouvelle
génération de terminaison de câble
L'équipe rédactionnelle se réjouit de recevoir vos réactions et
commentaires, que vous pourrez envoyer à [email protected].
Nous vous souhaitons une agréable lecture de cette Revue Technique.
2
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 3
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
1. SEGMENT PÉTROLE ET GAZ
Le câble ombilical :
un élément important
d’un système de contrôle
L’industrie du pétrole et du gaz cherche à réduire
les coûts, à améliorer l’efficacité opérationnelle
et à se positionner dans le paysage énergétique
de demain. La partie sous-marine de cette
activité se déplace vers les grands fonds (plus
de 3 000 m) par le développement de nouveaux
champs pétrolifères et par l’exploitation de
nouvelles nappes dans les champs existants.
Cet article concerne les câbles ombilicaux et leur
importance au sein des systèmes de contrôle.
Fig. 1 Navire de production et de stockage
avec ses ombilics reliés à des lignes d’ancrage.
1.1 Qu’est-ce qu’un câble ombilical
(ou ombilic) ?
façon à être flexible et capable de supporter des
efforts de traction, de courbure et de fatigue.
Typiquement, un ombilic comporte des tubes
– pour le transport des fluides et des câbles –
pour le transport de l’énergie électrique et des
signaux, et comme tel il devrait être dénommé :
« ombilic permettant le contrôle electrohydraulique de la production et de l’injection
de fluides ».
Ses principaux constituants élémentaires sont :
• Des câbles électriques
• Des câbles à fibres optiques
• Des tubes résistant à de fortes pressions
• Des armatures filaires (à des fins de lestage,
de renforcement ou de protection)
• Du rembourrage (pour colmater les vides
ou pour ajouter du poids)
• Des bandes enroulées
• Des gaines extrudées (revêtement de protection)
Le système de contrôle (electro-hydraulique
et fluides) est constitué des principaux éléments
suivants :
• Sur la plate-forme (ou le bateau)
– unité de puissance hydraulique
– unités de puissance électrique et
de communication
– unité chimique (stockage et pompes)
• De la plate-forme à la tête de puits
– l’ombilic avec son système de risers
• Sur la tête de puits ou sur les châssis de guidage
– Vannes, capteurs, modules de contrôle
sous-marins
Chaque couche successive de constituant est
enroulée hélicoïdalement
de façon alternée.
Les fonctions demandées
à un ombilic sont les
suivantes :
• Transmettre l’énergie
électrique et les
signaux électriques
• Transmettre les fluides
sous haute pression
• Assurer l’interface
Fig. 2 « Norne » ombilic
entre la plate-forme
de diamètre 180 mm.
et les têtes de puits
ainsi qu’avec les autres équipements
• Fonctionner sans maintenance (pour une
durée de vie typique de 20 ans) en eau
profonde (entre 30 m et plus de 1 500 m).
L’ombilic permet donc un contrôle à distance
des puits de forage sous-marins à partir d’une
plate-forme (ou d’un bateau).
1.2 Constitution d’un ombilic
Un ombilic est un long système cylindrique
(de 2 à 3 km jusqu’à plus de 100 km) conçu de
3
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 4
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
1.3 Conception d’un ombilic
1.4 La Norvège : pays des ombilics
pour Nexans
La conception des ombilics s’appuie
sur une philosophie éprouvée comprenant
une approche structurelle et une méthodologie
rigoureuse, ainsi que sur des règles de
conception claires et un ensemble de principes
de calcul à la pointe du savoir-faire.
En plus de ces règles de conception, Nexans
peut compter sur une importante base
de données rassemblant les résultats obtenus
depuis de nombreuses années sur les
ombilics, leurs composants et leur comportement
en service.
Les ombilics sont fabriqués à Halden, principale
usine du Groupe Nexans dans le domaine de la
haute-tension et des ombilics. Ce site comporte
en outre des moyens de test et de RechercheDéveloppement (Centre de Compétence Câbles
Haute-Tension et Sous-Marins).
Les câbles électriques et à fibres optiques sont
élaborés dans l’usine Nexans de Rognan, dans
le nord de la Norvège, puis ils sont acheminés
jusqu’à Halden pour l’assemblage des ombilics.
Il y a quatre étapes principales dans la
conception d’un ombilic :
• Détermination de la section compatible
avec le cahier des charges fourni par le client
• Détermination des propriétés mécaniques
(rigidité axiale, en flexion et en torsion ainsi
que le facteur de couple qui décrit la tendance
à la torsion lors de la mise sous tension
mécanique)
• Détermination des limitations de manutention
(en termes de contraintes admissibles de
tension, de torsion ou de flexion)
• Définition des conditions d’installation
(charges auxquelles l’ombilic sera soumis :
tension, flexion, serrage, contact avec le
dérouleur, …)
Les installations de câblage peuvent accepter
jusqu’à 12 alimentations pour les constituants.
On peut réaliser des ombilics de plus de
200 mm de diamètre. Avec ou sans armature
(selon le cahier des charges), l’ombilic est
alors pourvu d’une gaine externe et/ou d’un
enrubannage.
Parmi les réalisations récentes, on peut citer :
• L’installation la plus profonde : 2 000 m
pour le champ pétrolifère de Roncador
(pour Petrobras)
• Les plus grandes longueurs simples :
165 km por Statoil, 125 km pour un ombilic
électrique (pour Shell), 45 km pour un ombilic
electro-hydraulique pour Texaco
• La plus grande longueur multiple : 80 km
pour Norsk-Hydro
• L’ombilic le plus lourd : 123 Kg/m pour
Statoil.
4
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 5
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
2. LA DIRECTIVE EUROPÉENNE
SUR LE RECYCLAGE DES CÂBLES
Les activités de recyclage
des câbles de RIPS,
société du groupe Nexans
La directive européenne sur les déchets des
équipements électriques et électroniques
stipule la réutilisation, le recyclage et d‘autres
moyens de valorisation de ces déchets.
Cette directive (n° 2002/96/EC) a été publiée
en février 2003, elle doit être transposée
dans les différentes législations nationales
avant fin 2004.
Les fabricants de câbles ne seront pas
seulement comptables de leurs propres déchets
(déchets de production) mais aussi de leurs
produits en fin de vie.
Comme les déchets de câbles ne sont pas des
déchets ultimes (c’est-à-dire des déchets qui ne
peuvent être récupérés à un coût raisonnable),
ils doivent être recyclés.
2.1 Câbles et recyclage
2.2 Le procédé de recyclage
Historiquement, les usines de câbles ont toujours
essayé de récupérer les parties métalliques
de leurs déchets car elles présentent un intérêt
économique réel.
Pour organiser cette récupération de façon
structurée, Nexans a décidé l’acquisition d’une
société spécialisée : RIPS.
RIPS collecte, trie et sépare les déchets de
câbles en provenance de plusieurs sociétés
en Europe et en France.
D’une façon schématique, un câble est
constitué des différents composants suivants :
• Le conducteur (aluminium ou cuivre)
• L’isolation (polyéthylène (PE), chlorure de
polyvinyle (PVC), papier imprégné, …)
• Les séparateurs (divers papiers ou textiles)
• L’écran (cuivre)
• L’armure (acier)
• La gaine (caoutchoucs, PVC, …)
Après la collecte, l’opération de tri est très
importante. En effet, meilleur est le tri, meilleurs
sont les produits obtenus.
Une ligne de traitement de déchets de câbles
comporte différents postes :
• Découpe des câbles en petits tronçons
• Broyage
• Séparation du métal et des matières plastiques
sous la forme de granulés.
Les granulés métalliques sont envoyés
dans des usines de fonderie mais les fractions
plastiques, qui sont de qualité médiocre,
ne peuvent être utilisées que dans un nombre
limité d’applications (cônes pour la circulation,
sols industriels). Pour augmenter la valeur
de ces granulés plastiques, il est nécessaire de
séparer les différents constituants de ces
mélanges de polymères.
Les buts du procédé de recyclage sont de
séparer ces différents constituants et d’en faire
des produits réutilisables.
5
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 6
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
2.3 Valorisation des granulés
plastiques
Ce procédé, nécessitant une source de
chaleur, conduit à l’obtention d’un mélange
de gaz combustibles (méthane, hydrocarbures
complexes, hydrogène et monoxyde de
carbone), de liquides et de résidus solides.
• Watech : procédé développé NKT et exploité
par RGS 90 (Danemark), principalement
destiné aux déchets contenant du PVC.
• Vinyloop : procédé économique, bien
adapté aux produits riches en PVC.
• Nexans (NRC Lyon) a développé avec
la contribution de l’ADEME (Agence De
l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie)
de nouveaux procédés pour la séparation
des matériaux (fondés sur les propriétés
électriques différentielles), la compatibilisation
des matériaux et la polymérisation.
Seules quelques sociétés sont capables de
recycler ces granulés complexes. Plusieurs voies
sont proposées :
• L’incinération : utilisation des granulés
comme combustible, c’est la combustion
à haute température. Cette technique englobe
une variété de systèmes de combustion
développés à partir de la technologie des
chaudières mais aussi en s‘appuyant sur des
techniques plus récentes telles que des
incinérateurs à sels fondus ou en lit fluidisé.
• La thermolyse : c’est la décomposition
thermique de produits organiques, à haute
température en l’absence d’air ou d’oxygène.
Schéma du procédé Nexans de séparation des plastiques.
6
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 7
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
3. TRANSMISSION DE DONNÉES
La Fibre Optique Plastique (FOP),
une recherche pour les
télécommunications de demain
La FOP propose une alternative crédible
aux solutions cuivre et verre. Avec des débits,
compris entre 100 Mbit/s et 10 Gbit/s, la FOP
est plus performante que le classique fil de
cuivre et elle n’est pas sensible aux perturbations
électromagnétiques.
3.1 Qu’est-ce que la FOP ?
3.2 Quel est le marché pour la FOP ?
La fibre optique plastique a été développé
par DuPont à la fin des années 60 comme un
support pour l’illumination. Après une
trentaine d’années, un regain d’intérêt est apparu
pour le câblage sur des courtes distances
de FOP multimode pour des applications
de multimédia et de transmission de données.
Dans les cinq prochaines années, on s’attend
à ce que les réseaux locaux (LAN) deviennent
un marché très important. Les GI-FOP pourraient
prendre une part significative du marché
des systèmes de câblage en paires de cuivre
torsadées ou en fibres silice multimodes.
Un élément primordial du marché de la FOP
pourrait se trouver aussi dans le câblage
résidentiel dont la croissance sera entraîné par
l’augmentation des équipements audio/vidéo
et des jeux électroniques.
3.3 Pourquoi Nexans
est-il concerné par la FOP ?
La FOP possède le potentiel pour devenir
une technologie clé dans les systèmes
de transmission de données par câble, un
domaine où Nexans est chef de file.
Pour cette raison, Nexans souhaite devenir
l’un des principaux fabricants de FOP dans
le monde, où actuellement seules des
compagnies japonaises sont opérationnelles.
La Fibre Optique Plastique est encore un projet
de Recherche et de Développement mené par
le Centre de Recherche de Nexans (NRC)
à Lyon pour la partie matériau fluoré et en
collaboration étroite avec :
• Nexans Iko Kabel (Suède) pour l’élaboration
de rubans
• Le Centre de
Compétence
Solutions
Section d’un ruban de fibres
de câblage
optiques plastiques.
à Buizingen
(Belgique) pour l’aspect système
• Les sites de Nexans Harnesses (Belgique)
et de Nexans France (Draveil) pour les
applications aéronautiques.
Mini glossaire :
PMMA : polymetacrylate de méthyle
RC LED : diode électro-luminescente à cavité résonante
LAN, Local Area Network : réseau local
7
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 8
Expert mondial des câbles
et systèmes de câblage
4. CONNECTIVITÉ
DES CÂBLES HAUTE-TENSION
Le raccordement de type sec
d’un disjoncteur isolé au gaz
(GIS) : une nouvelle génération
de terminaison de câble
La nouvelle conception, prête à brancher,
est très compacte et sans fluide ce qui implique
l’absence de maintenance et d’inconvénients
sur l’environnement.
Les avantages de cette conception sèche,
en comparaison avec les terminaisons
traditionnelles à l’huile sont les suivantes :
• Pas de remplissage
interne (ni huile
ni gaz)
• Très bonne compacité
• Absence de
surveillance et
de maintenance
• Possibilités
de branchement/
débranchement
• Pas d’action sur
l’environnement
• Grande fiabilité à
cause des parties
Terminaison
actives pré-fabriquées
en cours de montage.
• Manipulation aisée et
possibilité d’installer des traversées isolées
avant de tester l’appareillage (GIS)
Les appareillages de connexion occupent
une place fondamentale dans l’industrie de
la fourniture d’énergie électrique.
Ils sont utilisés pour :
• Isoler des composants en panne
• Diviser de grands réseaux en sections
à des fins de réparation
• Reconfigurer des réseaux pour le redémarrage
• Contrôler d’autres équipements
Leur fonction est donc de contrôler les circuits
de puissance électrique, ce qui peut se diviser
en (a) ouverture et fermeture de circuits et (b)
protection contre des conditions anormales.
La fonction ouverture/fermeture concerne des
courants compris entre zéro et la valeur continue
en charge. La fonction protection nécessite
l’interruption de tout courant allant de simples
surcharges jusqu’au courant de court-circuit
maximum disponible localement.
Ce type de terminaison sèche (qui correspond
à la recommandation CEI 60859) a subi avec
succès le test-type selon la norme CEI 60840
jusqu’au niveau 170 kV.
Les utilisateurs possèdent maintenant un
système dont la conception leur permettra
d’installer, avec un maximum de confort et de
sécurité, la connexion entre un câble hautetension à isolation solide et un appareillage
de connexion isolé au gaz (GIS).
De plus en plus d’appareillages de connexion
isolés au gaz sont installés dans le monde,
nécessitant des terminaisons adaptées pour
assurer la jonction entre les câbles hautetension isolés au polyéthylène polymérisé (XLPE)
et l’appareillage.
Traditionnellement, ce sont des extrémités
remplies d’huile qui sont utilisées jusqu’à des
tensions de 420 kV.
Une nouvelle génération de terminaison sèche
a été développée récemment par Nexans Suisse
et elle est maintenant disponible jusqu’à 170 kV.
8
Revue Technique Nexans - Juin 2004
920-FR Technical review
29/06/04
14:49
Page 9
Nexans, leader mondial de l'industrie du câble, a une
présence industrielle dans 29 pays et commerciale
dans plus de 65. Avec un chiffre d'affaires de 4 milliards
d'euros, le Groupe emploie 17 000 personnes. Nexans
propose une large gamme de solutions de câbles cuivre
et fibre optique pour les marchés d'infrastructures,
de l'industrie et du bâtiment. Ses câbles et systèmes
sont présents dans notre vie quotidienne depuis les
télécommunications jusqu'aux réseaux d'énergie, l'aéronautique, l'aérospatial, la construction, l'automobile,
les chantiers navals, le ferroviaire, la pétrochimie, les
applications médicales, etc. Nexans est coté en Bourse
à Paris (SBF 120).
Expert mondial des câbles et systèmes de câblage
Nexans S.A. - 16, rue de Monceau - 75008 Paris - France
Tél. : +33 (0)1 56 69 84 00 - Fax : +33 (0)1 56 69 84 84 - www.nexans.com
[email protected]